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TECHNISCHES GEBIET
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Diese Offenbarung bezieht sich auf Antriebsstrangsysteme, die elektrische Hochvoltsysteme sowie die damit verbundenen Steuerroutinen verwenden.
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HINTERGRUND
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Fahrzeuge können Antriebsstrangsysteme einsetzen, die Antriebsleistung von einem Verbrennungsmotor (Motor) in Verbindung mit einem Nicht-Verbrennungsmotor, wie beispielsweise einem oder mehreren Hochvoltelektromotoren/-generatoren, erzeugen. Der bzw. die Hochvoltelektromotoren/-generatoren beziehen von einer fahrzeugseitigen Hochvoltspeichervorrichtung für elektrische Energie, z. B. einer Hochvoltbatterie, über einen elektrischen Hochvoltstromkreis elektrische Energie. Die Hochvoltbatterie kann während des Fahrzeugbetriebs und/oder unter Verwendung von elektrischer Energie geladen werden, die von einer nicht fahrzeugseitigen Quelle stammt.
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Hochvoltbatterien können entscheidende Fahrzeugbetriebsvorgänge unterstützen. Es kann ein Bedarf bestehen, entscheidenden Fahrzeugbetriebsvorgängen elektrische Energie zuzuführen, falls eine Hochvoltbatterie ausfällt, einschließlich der Zufuhr von elektrischer Energie zu entscheidenden Fahrzeugbetriebsvorgängen, die keine sekundären Niederspannungsbatteriesysteme als Sicherungssysteme verwenden.
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KURZDARSTELLUNG
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Es wird ein Fahrzeug beschrieben, das eine Hochvoltbatterie beinhaltet, die ein erstes Batteriezellenmodul und ein zweites Batteriezellenmodul beinhaltet, worin die ersten und zweiten Batteriezellenmodule jeweils eine Vielzahl von elektrisch verbundenen Zellen beinhalten. EIN DC/DC-Stromrichter beinhaltet ein erstes Ende, das elektrische Energie von einer Hochvoltbatterie aufnimmt, und ein zweites Ende, das Niedervoltenergie mit einem geregelten Spannungspegel abgibt. Der DC/DC-Stromrichter ist konfiguriert, um selektiv elektrische Energie eines ersten Batteriezellenmoduls und selektiv elektrische Energie eines zweiten Batteriezellenmoduls umzuwandeln. Das zweite Ende des DC/DC-Stromrichters ist elektrisch mit einem Niedervoltsystem verbunden. Das Niedervoltsystem beinhaltet ein erstes Subsystem, konfiguriert, um einen entscheidenden Fahrzeugbetrieb bereitzustellen. Eine Steuerung steht in Kommunikation mit der Hochvoltbatterie, dem DC/DC-Stromrichter und dem ersten Subsystem. Die Steuerung beinhaltet einen algorithmischen Code, der zur Überwachung der Hochvoltbatterie ausgeführt werden kann. Bei Erfassung eines Fehlers im ersten Batteriezellenmodul der Hochvoltbatterie, steuert die Steuerung den DC/DC-Stromrichter, um elektrische Energie vom zweiten Batteriezellenmodul in Niedervoltenergie umzuwandeln, die zum ersten Subsystem übertragen wird.
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Die genannten Merkmale und Vorteile, sowie weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Lehren, gehen deutlich aus der folgenden ausführlichen Beschreibung von einigen der besten Arten und weiteren Ausführungsformen der vorliegenden Lehren unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen hervor.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Es werden nun exemplarisch eine oder mehrere Ausführungsformen mit Bezug auf die zugehörigen Zeichnungen beschrieben, in welchen:
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1 schematisch eine Ausführungsform eines Fahrzeugs darstellt, das ein Antriebsstrangsystem und ein elektrisches Hochvoltsystem beinhaltet, gemäß der Offenbarung;
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2 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines entscheidenden Fahrzeugbetriebs darstellt, der die Routine aufrechterhalten kann, die zur unter Bezugnahme auf 1 zur Steuerung des Fahrzeugbetriebs ausgeführt werden kann, um einem Subsystem elektrische Energie von einer Hochvoltbatterie zuzuführen, das ein oder mehrere Niedervoltsysteme beinhaltet, die mit dem entscheidenden Fahrzeugbetrieb verbunden sind, wenn in der Hochvoltbatterie ein Fehler auftritt, in Übereinstimmung mit der Offenbarung.
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3 stellt schematisch eine andere Ausführungsform eines Fahrzeugs dar, das ein Antriebsstrangsystem und ein elektrisches Hochvoltsystem beinhaltet, in Übereinstimmung mit der Offenbarung;
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4 stellt eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines entscheidenden Fahrzeugbetriebs dar, die die Routine aufrechterhalten kann, die zur Steuerung des unter Bezugnahme auf 3 beschriebenen Fahrzeugbetriebs ausgeführt werden kann, um einem Subsystem elektrische Energie von einer Hochvoltbatterie zuzuführen, das ein oder mehrere Niedervoltsysteme beinhaltet, die mit dem entscheidenden Fahrzeugbetrieb verbunden sind, wenn in der Hochvoltbatterie ein Fehler auftritt, in Übereinstimmung mit der Offenbarung;
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5 stellt schematisch eine andere Ausführungsform eines Fahrzeugs dar, die das Antriebsstrangsystem und ein elektrisches Hochvoltsystem beinhaltet, in Übereinstimmung mit der Offenbarung; und
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6 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines entscheidenden Fahrzeugbetriebs darstellt, der die Routine aufrechterhalten kann, die zur unter Bezugnahme auf 5 zur Steuerung des Fahrzeugbetriebs ausgeführt werden kann, um einem Subsystem elektrische Energie von einer Hochvoltbatterie zuzuführen, das ein oder mehrere Niedervoltsysteme beinhaltet, die mit dem entscheidenden Fahrzeugbetrieb verbunden sind, wenn in der Hochvoltbatterie ein Fehler auftritt, in Übereinstimmung mit der Offenbarung.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Der folgende Text bezieht sich auf die Zeichnungen, die lediglich zur Veranschaulichung bestimmter exemplarischer Ausführungsformen dienen und den Umfang der Erfindung nicht beschränken sollen, veranschaulicht 1 schematisch eine Ausführungsform eines Fahrzeugs 100, das ein Antriebsstrangsystem 20 und ein elektrisches Hochvoltenergiesystem 30 beinhaltet, das durch eine Steuerung 90 gesteuert wird. Das Antriebsstrangsystem 20 kann einen Verbrennungsmotor (Motor) 22 und einen Elektromotor 26 beinhalten, die mechanisch mit einem Getriebezug 24 verbunden sind, der mechanisch mit einem Fahrzeugantriebssystem 60 verbunden ist, um ein oder mehrere Fahrzeugräder mit Antriebsleistung zu versorgen. Gleiche Bezugszeichen und gleiche Begriffe weisen, über die verschiedenen Ansichten hinweg, auf gleiche oder entsprechende Teile hin. Das Fahrzeug 100 agiert als Reaktion auf die Befehle und Anweisungen des Fahrzeugführers, einschließlich der Steuerung des Fahrzeugs und des Antriebsstrangs als Reaktion auf die Befehle des Fahrzeugführers, die über Benutzeroberflächen übertragen werden, die ein Gaspedal, ein Bremspedal, einen Gangwahlhebel, einen Zündschalter und/oder andere geeignete Vorrichtungen beinhalten können.
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Das elektrische Hochvoltenergiesystem 30 beinhaltet einen elektrischen Hochvoltenergiespeicher (Hochvoltbatterie) 35 und ein elektrisches Niedervoltenergiesystem 40. Die elektrische Hochvoltbatterie 35 liefert über einen Hochvoltbus 50 die elektrische Hochvoltenergie an die elektrischen Energiekomponenten. Das elektrische Niedervoltenergiesystem 40 ist elektrisch mit der Hochvoltbatterie 35 verbunden und beinhaltet ein erstes Subsystem 42 und ein zweites Subsystem 44, die über einen steuerbaren Schaltkreis 46 selektiv elektrische Energie an einen ersten Niedervoltstromleiter 48 und einen zweiten Niedervoltstromleiter 47 liefern. Das erste Subsystem 42 und das zweite Subsystem 44 sind so konfiguriert, dass sie Niedervoltenergie bereitstellen, die über den steuerbaren Schaltkreis 46 einem ersten Niedervoltstromleiter 48 und/oder dem zweiten Niedervoltstromleiter 47 zugeführt werden können, wobei vorzugsweise Leistungstransistoren oder andere Vorrichtungen enthalten sind, die durch die Steuerung 90 gesteuert werden können. Das erste Subsystem 42 und das zweite Subsystem 44 können mittels dem ersten Niedervoltstromleiter 48 mit einem oder mehreren Niedervoltsystemen 82, 84, 86 elektrisch verbunden sein, die mit einem entscheidenden Fahrzeugbetrieb verbunden sind. Als nicht einschränkende Beispiele können die mit dem entscheidenden Fahrzeugbetrieb verbundenen Niedervoltsysteme 82, 84, 86 eine elektrische Bremsanlage 82, eine elektrische Servolenkung 84 und ein zusätzliches Rückhaltesystem 86 beinhalten. Das erste Subsystem 42 und das zweite Subsystem 44 können über den zweiten Niedervoltstromleiter 47 mit einem oder mehreren Niedervoltsystemen 88, die mit nicht entscheidenden Fahrzeugbetrieben verbunden sind, elektrisch verbunden sein, einschließlich mit Vorrichtungen wie elektrischen Fenstern, HVAC-Lüftern, Sitzen, und anderen Hilfseinrichtungen. Das erste Subsystem 42 und das zweite Subsystem 44 enthalten jeweils DC/DC-Stromrichter, die vorzugsweise elektronische Schaltkreise sind, die elektrische Gleichstrom(DC)-Energie von einem höheren Spannungspegel in einen niedrigeren, regulierten Spannungspegel umwandeln. Das erste Subsystem 42 und das zweite Subsystem 44 sind vorzugsweise als duale DC/DC-Stromrichter für den Dauereinsatz konfiguriert, worin die an das erste Subsystem 42 zugeführte elektrische Energie und die an das zweite Subsystem 44 zugeführte elektrische Energie das gleiche elektrische Potential aufweisen. Die geregelte Spannungspegelausgabe von sowohl dem ersten Subsystem 42 als auch dem zweiten Subsystem 44 beträgt in einer Ausführungsform 14,4 V-DC und wird im Folgenden nominell als ein Niedervoltsystem bezeichnet. Der Hochvoltbus 50 beinhaltet eine nominal positive Stromschiene (HV+) und eine nominal negative Stromschiene (HV–).
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Die Hochvoltbatterie 35 kann jede geeignete Hochvoltenergiespeichervorrichtung sein, d. h. eine Lithium-Ionen-Vorrichtung mit mehreren Zellen. Die Hochvoltbatterie 35 wird unter Verwendung einer Vielzahl von Batteriezellen 31 hergestellt, und beinhaltet ein erstes Modul 32 und ein zweites Zellenmodul 34, die durch einen Hochvolt-Interrupt-Link 33 elektrisch voneinander getrennt sind. In einer Ausführungsform ist die Vielzahl der Batteriezellen 31, die das erste Zellenmodul 32 und das zweite Zellenmodul 34 beinhalten, in Reihe angeordnet. Alternativ können das erste Zellenmodul 32 und das zweite Zellenmodul 34 parallel angeordnet sein. Alternativ können die Vielzahl von Batteriezellen, das erste Zellenmodul 32 und das zweite Zellenmodul 34 in jeder geeigneten elektrischen Anordnung angeordnet sein, die eine Kombination von Parallel- und/oder Reihenschaltungen beinhaltet. In einer Ausführungsform beinhaltet das erste Batteriezellenmodul 32 eine Anzahl von Batteriezellen 31, die der Anzahl der Zellen 31 im zweiten Batteriezellenmodul 34 entspricht, und eine Gesamtmenge von Zellen in der Hochvoltbatterie 35 entspricht einer Summe der Zellen 31 in den ersten und zweiten Batteriezellenmodulen 32, 34. Somit entspricht das Spannungspotential über das erste Batteriezellenmodul 32 dem Spannungspotential über das zweite Batteriezellenmodul 34. Das erste Batteriezellenmodul 32 ist elektrisch mit dem ersten Subsystem 42 verbunden, um dieses mit elektrischer Energie zu versorgen, und das zweite Batteriezellenmodul 34 ist elektrisch mit dem zweiten Subsystem 44 verbunden, um dieses mit elektrischer Energie zu versorgen. Elektrische Energie von der Hochvoltbatterie 35 kann durch einen Stromsensor 52 und einen Spannungssensor 54 überwacht werden. Alternativ können die elektrischen Energieeingänge in das erste und zweite Subsystem 42 und 44 mit geeigneten Stromsensoren und Spannungssensoren überwacht werden.
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Der Motor 22 kann ein geeigneter Verbrennungsmotor sein, der Kraftstoff auf Kohlenwasserstoffbasis oder anderen Kraftstoff durch Verbrennungsvorgänge in mechanische Leistung umwandelt. Der Motor 22 kann mechanisch drehbar an den Getriebezug 24 oder eine andere geeignete mechanische Kopplung gekoppelt sein. Die mechanische Kopplung des Motors 22 und des Elektromotors 26 ist derart, dass der Elektromotor 26 den Motor 22 als Teil eines Motorstartvorgangs drehen kann. Als solches ist der hierin beschriebene Motor 22 in einer Ausführungsform möglicherweise nicht mit einem elektrischen Niedervoltanlassersystem konfiguriert.
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Der Elektromotor 26 kann ein Elektromotor sein, der einen Rotor und einen Stator beinhaltet, der Hochvoltenergie in mechanische Leistung umwandelt und bevorzugt mechanische Leistung in elektrische Energie umwandelt, die in der Hochvoltbatterie 35 gespeichert werden kann und in einer Ausführungsform eine Hochvoltmehrphasenmotor-/-generatorvorrichtung ist, die elektrisch mit einem Traktionsleistungsumrichtermodul (TPIM) 28 verbunden ist. Das TPIM 28 ist elektrisch mit dem Hochvoltbus 50 zwischen HS+ und HV– verbunden. Das Traktionsleistungsumrichtermodul 28 ist mit geeigneten Steuerschaltungen konfiguriert, die Leistungstransistoren, wie beispielsweise Bipolartransistoren, mit isoliertem Gate zum Umwandeln von elektrischem Hochvoltgleichstrom in elektrischen Hochvoltwechselstrom und zum Umwandeln von elektrischem Hochvoltwechselstrom in elektrischen Hochvoltgleichstrom beinhalten. In einer Ausführungsform setzt das Traktionsleistungsumrichtermodul 28 Pulsweitenmodulations-Steuerung (PWM) ein, um gespeicherte elektrische Gleichstromenergie, die aus der Hochvoltbatterie 35 stammt, in elektrischen Wechselstrom umzuwandeln, um den Elektromotor 26 anzutreiben, um ein Drehmoment zu erzeugen. Auf ähnliche Weise wandelt das Traktionsleistungsumrichtermodul 28 mechanische Leistung, die auf den Elektromotor 26 übertragen worden ist, in elektrische Gleichstromenergie um, um elektrische Energie zu erzeugen, die unter anderem als Teil einer regenerativen Steuerstrategie in einer Hochvoltbatterie 35 speicherbar ist. Das TPIM 28 ist konfiguriert, um Motorsteuerungsbefehle zu erhalten und Umrichterzustände zu steuern, um den Motorantrieb und die regenerativen Bremsfunktionen bereitzustellen.
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Das Antriebsstrangsystem 20 kann einen zweiten oder mehr Elektromotoren für den Fahrzeugantrieb und für andere Funktionen verwenden. Der Getriebezug 24 kann jegliche geeignete mechanische Kraftübertragungsmechanismen, wie beispielsweise Planetenräder, Schraubenzahnrädern und anderen Zahnradsätze, rotierende Wellen, Kupplungen, Bremsen und andere Vorrichtungen, ohne Einschränkung beinhalten. Einzelheiten von Ausführungsformen von mechanischen Verbindungen zwischen dem Motor 22, dem Elektromotor 26 und dem Getriebezug 24 sind bekannt und werden nicht im Detail beschrieben.
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Die Steuerung 90 beinhaltet bevorzugt eine Vielzahl an diskreten Vorrichtungen, die zusammen mit den individuellen Elementen des Antriebsstrangsystems 20 angeordnet sind, um eine Betriebssteuerung der individuellen Elemente des Antriebssystems 20 als Reaktion auf Bedienerbefehle und Antriebssystembefehle zu bewirken. Eine Benutzerschnittstelle beinhaltet eine Steuerung oder ähnliche Vorrichtung, die signaltechnisch mit einer Vielzahl von Mensch-Maschine-Schnittstellenvorrichtungen verbunden ist, durch welche ein Fahrzeugführer den Betrieb des Fahrzeugs 100 befiehlt, und kann ein Zündschlüssel oder eine Fahrzeugstarttaste zur Einleitung und Beendigung des Fahrzeugs- und Antriebstrangbetriebs, ein Gaspedal, ein Bremspedal, eine Getriebebereichsauswahleinrichtung (PRNDL) und einen Zündschalter beinhalten, um es einem Fahrzeugführer zu ermöglichen den Motor 22 anzulassen und zu starten. Die Steuerung 90 kann auch eine Steuervorrichtung beinhalten, die eine hierarchische Steuerung sonstiger Steuervorrichtungen bereitstellt. Die Steuerung 90 kommuniziert sowohl mit der Hochvoltbatterie 35, dem Niedervoltenergiesystem 40 und dem TPIM 28, entweder direkt oder über einen Kommunikationsbus 16, um deren Betrieb zu überwachen und zu steuern. Die Steuerung 90 steuert den Betrieb des Antriebsstrangsystems 20, einschließlich der Auswahl und Steuerung des Betriebs in einem von vielen Betriebsmodi, um Drehmoment zu erzeugen und zwischen den Drehmoment erzeugenden Vorrichtungen zu übertragen, z. B. zwischen dem Motor 22 und dem Elektromotor 26 und der Antriebswelle 60.
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Die Begriffe Regler, Steuermodul, Modul, Steuerung, Steuergerät, Prozessor und Ähnliches beziehen sich auf eine oder mehrere Kombinationen einer anwendungsspezifischen integrierten Schaltung(en) (ASIC), elektronische(r) Schaltkreis(e), Zentraleinheit(en), wie z.°B. Mikroprozessor(en) und mit diesen verbundene nicht-transitorische Speicherkomponente (n) in Form von Speicher- und Speichergeräten (Lesespeicher, programmierbarer Lesespeicher, Direktzugriff, Festplatte usw.). Die nicht-transitorische Speicherkomponente ist in der Lage, maschinenlesbare Anweisungen in der Form von einem oder mehreren Software- oder Firmware-Programmen oder -Routinen, kombinatorischen Logikschaltung(en), Eingangs-/Ausgangsschaltung(en) und -Vorrichtungen, Signalaufbereitungs- und Pufferschaltungen und anderen Komponenten zu speichern, auf die durch einen oder mehrere Prozessoren zugegriffen werden kann, um eine beschriebene Funktionalität bereitzustellen. Zu den Geräten und Kreisen für Ein- und Ausgaben gehören Analog-/Digitalwandler-verwandte Geräte, die Sensoreingaben mit einer vorgegebenen Abruffrequenz oder als Reaktion auf ein Auslöseereignis überwachen. Software, Firmware, Programme, Anweisungen, Steuerroutinen, Code, Algorithmen und ähnliche Begriffe beziehen sich auf jedwede von einer Steuerung ausführbare Befehlssätze, wie Kalibrierungen und Lookup-Tabellen. Jede Steuerung führt für die gewünschten Funktionen ein Steuerprogramm(e) aus, wie z. B. die Überwachung der Eingaben von Sensorvorrichtungen und anderen vernetzten Steuerungen und die Ausführung von Steuer- und Diagnoseprogramme zum Steuern der Betätigung von Stellgliedern. Routinen können periodisch in regelmäßigen Intervallen während des laufenden Betriebs ausgeführt werden. Alternativ können Routinen als Reaktion auf ein Auslöseereignis ausgeführt werden. Kommunikation beinhaltet den Austausch von Datensignalen auf jede beliebige geeignete Art, darunter auch als Beispiele elektrische Signale über ein leitfähiges Medium, elektromagnetische Signale durch die Luft, optische Signale über Lichtwellenleiter und dergleichen. Datensignale können Signale enthalten, die Eingaben von Sensoren sind und Stellgliedbefehle darstellen, sowie Kommunikationssignale zwischen Steuerungen. Wie hier verwendet, beschreibt der Begriff „dynamisch” Schritte oder Prozesse, die in Echtzeit ausgeführt werden und durch das Überwachen oder sonstige Ermitteln von Parameterzuständen und dem regelmäßigen oder periodischen Aktualisieren von Parameterzuständen beim Ausführen einer Routine oder zwischen Iterationen beim Ausführen der Routine gekennzeichnet sind.
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2 ist eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform eines entscheidenden Fahrzeugbetriebs, der die Routine
200 aufrechterhält, die durch die Steuerung
90 ausgeführt werden kann, um den Betrieb des Fahrzeugs
100 zu steuern, einschließlich des Antriebsstrangsystems
20, das unter Bezugnahme auf
1 beschrieben wird, um elektrische Energie von einer Hochvoltbatterie
35 einem oder mehreren Niedervoltsystemen zuzuführen, die mit dem entscheidenden Fahrzeugbetrieb verbunden sind, wenn in der Hochvoltbatterie
35 ein Fehler auftritt. Die mit entscheidenden Fahrzeugbetrieben verbundenen Niedervoltsysteme beinhalten beispielsweise die Niedervoltsysteme
82,
84,
86. Diese Routine
200 kann vorteilhaft an Fahrzeugsystemen angewendet werden, in denen elektrische Hochvoltsysteme verwendet werden, die keine Niedervoltbatterie als Sicherungssystem aufweisen. Tabelle 1 enthält eine Aufschlüsselung, in der die numerisch gekennzeichneten Blocks und die entsprechenden Funktionen wie folgt und entsprechend der Routine
200 aufgeführt sind. Tabelle 1
| BLOCK | BLOCKINHALTE |
| 202 | Überwachen von elektrischem Strom vom ersten Batteriezellenmodul und dem zweiten Batteriezellenmodul der Hochvoltbatterie |
| 204 | Ausgleich der Batterieausgabeleistung durch die ersten und zweiten DC-DC-Stromrichter-Subsysteme |
| 206 | Überwachen der Hochvoltbatterie |
| 208 | Fehler an Hochvoltbatterie entdeckt? |
| 210 | Deaktivieren des DC/DC-Stromrichters, der mit fehlerhaftem Batteriezellenmodul verbunden ist |
| 212 | Nicht entscheidende elektrische Leistungsverbraucher ausschalten |
| 214 | Entscheidende elektrische Leistungsverbraucher warten |
| 216 | Fahrzeugführer benachrichtigen |
| 218 | Ladezustand der Hochvoltbatterie überwachen |
| 220 | Liegt Ladezustand unter dem Mindestschwellenwert? |
| 222 | Batterie abschalten |
| 230 | Ende dieser Iteration |
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Die Routine 200 wird vorzugsweise in regelmäßigen Abständen während des fortlaufenden Fahrzeugbetriebs durchgeführt. Dies beinhaltet die Überwachung des elektrischen Stroms vom ersten Batteriezellenmodul 32 und dem zweiten Batteriezellenmodul 34 der Hochvoltbatterie 30 (202) und Ausgleichen der Batterieausgabeleistung durch die ersten und zweiten DC-DC-Stromrichter-Subsysteme 42, 44, um sicherzustellen, dass sich alle Zellen 31 der Hochvoltbatterie 30 mit einer gemeinsamen Rate (204) entladen. Verfahren zum Ausgleichen der Batterieausgabeleistung sind Fachleuten bekannt, und werden hierin nicht detailliert beschrieben. Die Hochvoltbatterie 30 wird überwacht (206) wobei die Überwachung das Überwachen von Zuständen der Parameter mit Bezug zu Temperatur, Strom, Spannung und/oder weiteren Parametern beinhaltet, die das Auftreten eines Fehlers anzeigen können, entweder im ersten oder zweiten Batteriezellenmodul 32, 34. Solche Störungen können entweder einen offenen Stromkreis, einen Kurzschluss oder einen anderen Fehler beinhalten. Verfahren und Systeme zur Fehlererkennung bei Batterien sind dem Fachmann auf dem Gebiet bekannt und werden daher hierin nicht beschrieben. Wenn kein Fehler in der Hochvoltbatterie erkannt wird (208)(0), endet diese Iteration der Routine 200 (230).
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Wenn ein Fehler in der Hochvoltbatterie erkannt wird (208)(1), bestimmt die Routine 200, ob der Fehler im ersten Batteriezellenmodul 32 oder im zweiten Batteriezellenmodul 34 aufgetreten ist, und deaktiviert das entsprechende des ersten und zweiten DC-DC-Stromrichter-Subsystems 42, 44, welches damit verbunden ist (210). Niederspannungs-Leistungsverbraucher, die mit nicht entscheidenden Fahrzeugbetrieben verbunden sind, werden getrennt, deaktiviert oder anderweitig funktionsunfähig gemacht, damit sie keine elektrische Energie mehr abziehen (212). Das Niedervoltsystem 88 beinhaltet Vorrichtungen wie elektrische Fenster, HVAC-Lüfter, Sitze, und andere Hilfseinrichtungen, die einen elektrischen Niederspannungs-Leistungsverbrauch generieren. Niederspannungs-Leistungsverbraucher, die mit entscheidenden Fahrzeugbetrieben verbunden sind, erhalten elektrischen Strom durch den Betrieb eines der ersten und zweiten DC-DC-Stromrichter-Subsysteme 42, 44 (214). Der Fahrzeugbetrieb wird fortgesetzt, und der Fahrzeugbediener wird über eine Leuchte am Armaturenbrett oder ein anderes Warnsystem vom Auftreten eines Fehlers (216) in Kenntnis gesetzt. Die Hochvoltbatterie 30 wird ständig überwacht, einschließlich ihres Ladezustands (SOC) (218), und wenn die Hochvoltbatterie 30 sich auf einen Mindest-Ladestandschwellwert (220)(1) entlädt, wird die Hochvoltbatterie 30 abgeschaltet (222), und damit auch das Fahrzeug 100. Somit arbeiten die entscheidenden Fahrzeugbetriebe ungehindert und anhaltend, während das Fahrzeug 100 betriebsfähig ist, selbst in Gegenwart eines Fehlers an der Hochvoltbatterie 30 auf einem System, das keine Niedervoltbatterie verwendet.
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3 stellt schematisch eine Ausführungsform eines Fahrzeugs 300 dar, das ein Antriebsstrangsystem 20 und ein elektrisches Hochvoltsystem 330 beinhaltet, das über eine Steuerung 390 gesteuert wird. Das Antriebsstrangsystem 20 mit dem Motor 22, dem TPIM 28, dem Elektromotor 26, dem Getriebezug 24 und dem Antriebssystem 60 wurden mit Bezug auf 1 beschrieben. Das elektrische Hochvoltenergiesystem 330 beinhaltet die Hochvoltbatterie 335 und ein elektrisches Niedervoltenergiesystem 340. Die elektrische Hochvoltbatterie 335 liefert über einen Hochvoltbus 50 die elektrische Hochvoltenergie an die elektrischen Energiekomponenten, z. B. an das TPIM 28. Das Niederspannungsenergiesystem 340 ist elektrisch mit der Hochvoltbatterie 335 verbunden und beinhaltet ein Leistungsauswahl-Subsystem, das elektrische Hochspannungsenergie an einen DC/DCStromrichter 344 liefert, der bevorzugt elektronische Schaltungen beinhaltet, die Gleichstromenergie von einem höheren Spannungspegel auf einen unteren, regulierten Spannungswert umwandeln, wobei der Betrieb des Leistungsauswahl-Subsystems von einer Logiksteuerung 343 gesteuert wird. Der DC/DC-Stromrichter 344 versorgt den ersten Niederspannungsstromleiter 48 mit elektrischer Energie. Ein oder mehrere Niedervoltsysteme 88, die mit nicht entscheidenden Fahrzeugbetrieben verbunden sind, einschließlich Vorrichtungen wie elektrischen Fenstern, HVAC-Lüftern, Sitzen, und anderen Hilfseinrichtungen, sind elektrisch über den zweiten Niederspannungsstromleiter 47 mit einer anderen Niederspannungsversorgung verbunden, z. B. einem DC/DC-Stromrichter 45, der elektrisch mit dem Hochvoltbus 50 verbunden ist und den zweiten Niederspannungsstromleiter 47 bildet.
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Das Leistungauswahl-Subsystem 342 beinhaltet Steuerschalter 341, die von der Logiksteuerung 343 selektiv gesteuert werden können, um auszuwählen, dass elektrischer Strom über den DC/DC-Stromrichter 344 durch einen ersten Stromkreis 345 zu den Leitern 342 fließt, die elektrisch mit dem DC/DC-Stromrichter 344 verbunden sind, worin der erste elektrische Schaltkreis 345 das erste Batteriezellenmodul 32 der Hochvoltbatterie 335 beinhaltet. Der Steuerschalter 341 kann stattdessen selektiv von der Logiksteuerung 343 gesteuert werden, um auszuwählen, dass elektrischer Strom durch einen zweiten Stromkreis 346 zu den Leitern 342 fließt, die elektrisch mit dem DC/DC-Stromrichter 344 verbunden sind, worin der zweite elektrische Schaltkreis 346 das zweite Batteriezellenmodul 32 der Hochvoltbatterie 335 beinhaltet. Wie dargestellt und angeordnet, entspricht das Spannungspotential über das erste Batteriezellenmodul 32 dem Spannungspotential über das zweite Batteriezellenmodul 34. Die logische Steuerung 343 verwendet Informationen von der Überwachung des Stromflusses und der Spannung der Hochvoltbatterie 335 zum Ausgleichen der Batterieausgabeleistung vom ersten und zweiten Batteriezellenmodul 32, 34. Die geregelte Spannungspegelausgabe des DC/DC-Stromrichters 344 beträgt 14,4 V-DC, was nominal einem Netzspannungssystem entspricht. Die Steuerung 390 befiehlt den Betrieb des Antriebsstrangsystems 20, einschließlich der Auswahl und den Befehlen zum Betrieb in einer Vielzahl von Betriebsmodi, um Drehmoment zu erzeugen und zwischen den drehmomenterzeugenden Vorrichtungen zu übertragen, z. B. zwischen dem Motor 22 und dem Elektromotor 26 und dem Antriebssystem 60.
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4 ist eine schematische Darstellung einer anderen Ausführungsform eines entscheidenden Fahrzeugbetriebs, der die Routine
400 aufrecht erhält, die durch die Steuerung
390 ausgeführt werden kann, um den Betrieb des Fahrzeugs
300 zu steuern, einschließlich des Antriebsstrangsystems
20, das unter Bezugnahme auf
3 beschrieben wird, um elektrische Energie von einer Hochvoltbatterie
335 zum ersten Niederspannungsleiter
48 zu leiten, z. B. den Niederspannungssystemen
82,
84,
86, wenn in der Hochvoltbatterie
335 ein Fehler auftritt. Diese Routine
400 kann vorteilhaft an Fahrzeugsystemen angewendet werden, in denen elektrische Hochvoltsysteme verwendet werden, die keine Niedervoltbatterie als Sicherungssystem aufweisen. Tabelle 2 enthält eine Aufschlüsselung, in der die numerisch gekennzeichneten Blocks und die entsprechenden Funktionen wie folgt und entsprechend der Routine
400 aufgeführt sind. Tabelle 2
| BLOCK | BLOCKINHALTE |
| 402 | Überwachen von elektrischem Strom vom ersten Batteriezellenmodul und dem zweiten Batteriezellenmodul der Hochvoltbatterie |
| 404 | Wechsel der Batterie-Ausgabeleistung, um Ladezustand im ersten Batteriezellenmodul und im zweiten Batteriezellenmodul der Hochvoltbatterie abzustimmen |
| 406 | Überwachen der Hochvoltbatterie |
| 408 | Fehler an Hochvoltbatterie entdeckt? |
| 410 | Wechsel der Batterie-Ausgabeleistung an Batteriezellenmodul mit zugeordnetem Fehler einstellen |
| 412 | Nicht entscheidende elektrische Leistungsverbraucher ausschalten Entscheidende elektrische Leistungsverbraucher warten |
| 414 | Fahrzeugführer benachrichtigen |
| 416 | Ladezustand der Hochvoltbatterie überwachen |
| 418 | Liegt Ladezustand unter dem Mindestschwellenwert? |
| 420 | Batterie abschalten |
| 430 | Ende dieser Iteration |
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Die Routine 400 wird vorzugsweise in regelmäßigen Abständen während des fortlaufenden Fahrzeugbetriebs durchgeführt. Dies beinhaltetet die Überwachung des elektrischen Stroms vom ersten Batteriezellenmodul 32 und vom zweiten Batteriezellenmodul 34 der Hochvoltbatterie 335 (402) und der Wechsel der Batterie-Ausgabeleistung zwischen dem ersten und zweiten Batteriezellenmodul 32, 34, um sicherzustellen, dass diese sich mit einer gemeinsamen Rate (404) entladen. Verfahren zum Wechseln der Batterie-Ausgabeleistung zwischen den ersten und zweiten Batteriezellenmodulen 32, 34, um sicherzustellen, dass diese sich mit einer gemeinsamen Rate entladen, sind dem Fachmann auf dem Gebiet bekannt. Die Hochvoltbatterie 335 wird überwacht (406) wobei die Überwachung das Überwachen von Zuständen der Parameter mit Bezug zu Temperatur, Strom, Spannung und/oder weiteren Parametern beinhaltet, die das Auftreten eines Fehlers anzeigen können, entweder im ersten oder zweiten Batteriezellenmodul 32, 34. Solche Störungen können entweder einen offenen Stromkreis, einen Kurzschluss oder einen anderen Fehler beinhalten. Fehlererkennung bei Batterien ist dem Fachmann auf dem Gebiet bekannt und wird daher hierin nicht beschrieben. Wenn kein Fehler in der Hochvoltbatterie 335 erkannt wird (408)(0), endet diese Iteration der Routine 400 (430).
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Wenn ein Fehler in der Hochvoltbatterie erkannt wird (408)(1), bestimmt die Routine 400, ob der Fehler im ersten Batteriezellenmodul 32 oder im zweiten Batteriezellenmodul 34 aufgetreten ist, und deaktiviert den Wechsel zu diesem Batteriezellenmodul (410). Niederspannungs-Leistungsverbraucher, die mit nicht entscheidenden Fahrzeugbetrieben verbunden sind, werden getrennt, deaktiviert oder anderweitig funktionsunfähig gemacht, damit sie keine elektrische Energie mehr abziehen. Die Niederspannungs-Leistungsverbraucher beinhalten die elektrischen Niedervoltsysteme 88, einschließlich Vorrichtungen wie z. B. elektrische Fensterheber, HVAC-Lüfter, Sitze und andere Zusatzgeräte. Niederspannungs-Leistungsverbraucher, die mit entscheidenden Fahrzeugbetrieben verbunden sind, erhalten elektrischen Strom durch den Betrieb eines der ersten und zweiten Batteriezellenmodule 32, 34 (412). Der Fahrzeugbetrieb wird fortgesetzt, und der Fahrzeugbediener wird über eine Leuchte am Armaturenbrett oder ein anderes Warnsystem vom Auftreten eines Fehlers (414) in Kenntnis gesetzt. Die Hochvoltbatterie 335 wird ständig überwacht, einschließlich ihres Ladezustands (SOC) (416), und wenn die Hochvoltbatterie 335 sich auf einen Mindest-Ladestandschwellwert (418)(1) entlädt, wird die Hochvoltbatterie 335 abgeschaltet (420), und damit auch das Fahrzeug 100. Andernfalls (418)(0), wird der Fahrzeugbetrieb fortgesetzt. Somit arbeiten die entscheidenden Fahrzeugbetriebe ungehindert und anhaltend, während das Fahrzeug 100 betriebsfähig ist, selbst in Gegenwart eines Fehlers an der Hochvoltbatterie 335 auf einem System, das keine Niedervoltbatterie verwendet.
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5 stellt schematisch eine Ausführungsform eines Fahrzeugs 500 dar, das ein Antriebsstrangsystem 20 und ein elektrisches Hochvoltsystem 530 beinhaltet, das über eine Steuerung 590 gesteuert wird. Das Antriebsstrangsystem 20 mit dem Motor 22, dem Elektromotor 26, dem TPIM 28, dem Getriebezug 24 und dem Antriebssystem 60 wurde mit Bezug auf 1 beschrieben. Das elektrische Hochvoltenergiesystem 530 beinhaltet die Hochvoltbatterie 535 und ein elektrisches Niedervoltenergiesystem 540. Das Niederspannungsenergiesystem 540 kann als eine Sicherung der elektrischen Stromversorgung funktionieren, um elektrische Energie für entscheidende Fahrzeugbetriebe zu liefern, z. B. zum ersten Niederspannungsstromleiter 48, der elektrisch mit Niedervoltsystemen 82, 84, 86 verbunden ist. Die elektrische Hochvoltbatterie 535 liefert die elektrische Hochvoltenergie über einen Hochvoltbus 50 an die elektrischen Energiekomponenten, z. B. an das TPIM 28.
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Die Hochvoltbatterie 535 kann jede geeignete Hochvoltenergiespeichervorrichtung sein, d. h. eine Lithium-Ionen-Vorrichtung mit mehreren Zellen. Die Hochvoltbatterie 535 wird unter Verwendung einer Vielzahl von Batteriezellen 531 hergestellt, die in Reihe angeordnet sind, und beinhaltet eine Vielzahl von Zellenmodulen 536, 532, 534, 537, die durch einen Hochvolt-Interrupt-Link 533 elektrisch voneinander getrennt sind. Es sind vier Zellenmodule 536, 532, 534, 537 dargestellt, aber es kann jede geeignete Menge der Zellenmodule ausgewählt werden. Jedes der Zellenmodule 536, 532, 534, 537, das elektrische Energie an einen DC/DC-Stromrichter 544 liefert, beinhaltet bevorzugt eine gleiche Anzahl von Batteriezellen 531. Somit ist das Spannungspotential über jedes der Zellenmodule 536, 532, 534 und 537 äquivalent.
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Das Niederspannungsenergiesystem 540 ist elektrisch mit den vier Zellenmodulen 536, 532, 534, 537 verbunden, die angeordnet sind, um elektrische Energie an ein Leistungsauswahl-Subsystem 542 zu liefern, das die elektrische Hochspannungsenergie an einen DC/DC-Stromrichter 544 liefert, der bevorzugt elektronische Schaltungen beinhaltet, die Gleichstromenergie von einem höheren Spannungspegel auf einen unteren, regulierten Spannungspegel umwandeln, wobei der Betrieb des Leistungsauswahl-Subsystems 542 von einer Logiksteuerung 543 gesteuert wird. Wie dargestellt, sind die vier Zellenmodule 536, 532, 534, 537 in der Hochvoltbatterie 535 in Reihe geschaltet und es ist jeweils nur eine mit dem DC/DC-Stromrichter 544 verbunden. In dieser Ausführungsform, ist das Leistungsauswahl-Subsystem 542 so konfiguriert, dass es eine Parallelschaltung der Module 536, 532, 534 und 537 untersagt. Der DC/DC-Stromrichter 544 versorgt den ersten Niederspannungsstromleiter 48 mit elektrischer Energie. Eine oder mehrere Niedervoltsysteme 88, die mit nicht entscheidenden Fahrzeugbetrieben verbunden sind, einschließlich Vorrichtungen wie elektrischen Fenstern, HVAC-Lüftern, Sitzen, und anderen Hilfseinrichtungen, sind elektrisch über den zweiten Niederspannungsstromleiter 47 mit einer anderen Niederspannungsversorgung verbunden, beispielsweise, einem DC/DC-Stromrichter 45, der elektrisch mit dem Hochvoltbus 50 verbunden ist und den zweiten Niederspannungsstromleiter 47 bildet. Das Leistungsauswahl-Subsystem 542 ist elektrisch mit einer Vielzahl von Steuerschaltern 541 verbunden, die steuerbar sind, um elektrische Energie von ausgewählten der vier Zellenmodule 536, 532, 534, 537 der Hochvoltbatterie 535 an die DC/DC-Stromrichter 544 zu liefern, beispielsweise von den Zellenmodulen 536 und 537, wie dargestellt. Die geregelte Spannungspegelausgabe des DC/DC-Stromrichters 544 beträgt 14,4 V-DC, was nominal einem Niederspannungssystem entspricht.
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6 ist eine schematische Darstellung einer anderen Ausführungsform eines entscheidenden Fahrzeugbetriebs, der die Routine
600 aufrecht erhält, die durch die Steuerung
90 ausgeführt werden kann, um den Betrieb des Fahrzeugs
500 zu steuern, einschließlich des Antriebsstrangsystems
20, das unter Bezugnahme auf
5 beschrieben wird, um elektrische Energie von einer Hochvoltbatterie
535 zum ersten Niederspannungsleiter
48 zu leiten, z. B. den Niederspannungssystemen
82,
84,
86, wenn in der Hochvoltbatterie
535 ein Fehler auftritt. Diese Routine
600 kann vorteilhaft an Fahrzeugsystemen angewendet werden, in denen elektrische Hochvoltsysteme verwendet werden, die keine Niedervoltbatterie als Sicherungssystem aufweisen. Tabelle 3 enthält eine Aufschlüsselung, in der die numerisch gekennzeichneten Blocks und die entsprechenden Funktionen wie folgt und entsprechend der Routine
600 aufgeführt sind. Tabelle 3
| BLOCK | BLOCKINHALTE |
| 602 | Überwachen der Batteriezellenmodule der Hochvoltbatterie |
| 604 | Fehler an Hochvoltbatterie entdeckt? |
| 606 | Als betriebsfähig bestätigtes Batteriezellenmodul elektrisch mit DC/DC-Stromrichter verbinden, um entscheidende elektrische Leistungsverbraucher zu aufrecht zu erhalten und das Verbinden des mit einem Fehler behafteten Batteriezellenmoduls mit dem DC/DC-Stromrichter zu unterbinden |
| 608 | Nicht entscheidende elektrische Leistungsverbraucher ausschalten |
| 610 | Fahrzeugführer benachrichtigen |
| 612 | Ladezustand der Hochvoltbatterie überwachen |
| 614 | Liegt Ladezustand unter dem Mindestschwellenwert? |
| 616 | Batterie abschalten |
| 620 | Ende dieser Iteration |
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Die Routine 600 wird vorzugsweise in regelmäßigen Abständen während des fortlaufenden Fahrzeugbetriebs durchgeführt. Dies beinhaltet die Überwachung des elektrischen Stroms von den vier Zellenmodulen 536, 532, 534, 537 der Hochvoltbatterie 535 (602) mit einer geeigneten Überwachungsroutine. Die Überwachung beinhaltet bevorzugt das Überwachen von Zuständen der Parameter mit Bezug zu Temperatur, Strom, Spannung und/oder weiteren Parametern, die das Auftreten eines Fehlers in den vier Batteriezellenmodulen 536, 532, 534, 537 anzeigen können. Solche Störungen können entweder einen offenen Stromkreis, einen Kurzschluss oder einen anderen Fehler beinhalten. Fehlererkennung bei Batterien ist bekannt und wird daher hierin nicht beschrieben. Wenn kein Fehler in der Hochvoltbatterie 535 erkannt wird (604)(0), endet diese Iteration der Routine 600 (630).
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Wenn ein Fehler in der Hochvoltbatterie 535 erkannt wird (604)(1), bestimmt die Routine 600, wo der Fehler aufgetreten ist, d. h., in welchem der vier Zellenmodule 536, 532, 534, 537 der Hochvoltbatterie 535, und verbindet ein als betriebsfähig bestätigtes Batteriezellenmodul elektrisch mit dem DC/DC-Stromrichter 544, um entscheidenden elektrischen Leistungsverbrauchern (606) Energie zuzuführen. Niederspannungs-Leistungsverbraucher, die mit nicht entscheidenden Fahrzeugbetrieben verbunden sind, werden getrennt, deaktiviert oder anderweitig funktionsunfähig gemacht, damit sie keine elektrische Energie mehr abziehen (608). Der Fahrzeugbetrieb wird fortgesetzt, und der Fahrzeugbediener wird über eine Leuchte am Armaturenbrett oder ein anderes Warnsystem vom Auftreten eines Fehlers (612) in Kenntnis gesetzt. Die Hochvoltbatterie 535 wird ständig überwacht, einschließlich ihres Ladezustands (SOC) (614), und wenn die Hochvoltbatterie 535 sich auf einen Mindest-Ladestandschwellwert (614)(1) entlädt, wird die Hochvoltbatterie 535 abgeschaltet, und damit auch das Fahrzeug 500 (616). Somit arbeiten die entscheidenden Fahrzeugbetriebe ungehindert und anhaltend, während das Fahrzeug 500 betriebsfähig ist, selbst in Gegenwart eines Fehlers an der Hochvoltbatterie 535 auf einem System, das keine Niedervoltbatterie verwendet.
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Durch die Trennung der Hochvoltbatterie 535 in mehrere Komponenten, die einzeln überwacht und unabhängig verwendet werden können, um Strom an entscheidende Fahrzeugbetriebe zu liefern, wird verhindert, dass ein Versagen eines einzigen Bauteils innerhalb der Hochvoltbatterie die entscheidenden Fahrzeugbetriebe deaktiviert, und verhindert oder verringert den Bedarf einer Sicherheits-Batterievorrichtung, mit der damit verbundenen zusätzlichen Komplexität des Fahrzeugs.
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Ausführungsformen in Übereinstimmung mit der aktuellen Offenbarung können als Apparatur, Methode oder Produkt eines Computerprogrammes dargestellt werden. Entsprechend kann die vorliegende Offenbarung die Form einer gesamten Hardware-, Softwareverkörperung (einschließlich Firmware, fixe Software, Microcode usw.) annehmen als Ausführungsform, die Software- und Hardwareaspekte kombiniert, die hierin allesamt im Allgemeinen als ein „Module” oder „System” bezeichnet werden kann. Außerdem kann die vorliegende Offenbarung die Form eines Produktes eines Computerprogrammes annehmen, welches in jedem konkreten Medium, das über einen Programmcode für Computer verfügt, eingesetzt werden kann.
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Das Flussdiagramm und Blockschaltbilder in den Flussdiagrammen veranschaulichen die Architektur, die Funktionalität und den Betrieb möglicher Implementierungen von Systemen, Verfahren und Computerprogrammprodukten gemäß verschiedener Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. In dieser Hinsicht kann jeder Block in den Flussdiagrammen oder Blockdiagrammen ein Modul, ein Segment oder einen Abschnitt eines Codes darstellen, der zum Implementieren der spezifizierten logischen Funktion(en) einen oder mehrere ausführbare Befehle umfasst. Es wird auch darauf hingewiesen, dass jeder Block der Blockdiagramme und/oder Flussdiagrammdarstellungen und Kombinationen von Blöcken in den Blockdiagrammen und/oder Flussdiagrammdarstellungen durch Spezialzweck-Hardware-basierte Systeme, die die spezifizierten Funktionen oder Vorgänge durchführen, oder Kombinationen von Spezialzweck-Hardware und Computerbefehlen implementiert werden können. Diese Computerprogrammanweisungen können auch in einem computerlesbaren Medium gespeichert sein, das einen Computer oder eine andere programmierbare Datenverarbeitungsvorrichtung steuern kann, um in einer bestimmten Art und Weise zu funktionieren, sodass die in dem computerlesbaren Medium gespeicherten Befehle einen Herstellungsartikel erzeugen, einschließlich Anweisungsmitteln, die die Funktion/Vorgang, der in dem Flussdiagramm und/oder Blockdiagrammblock oder Blöcken angegeben ist, implementieren.
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Die ausführliche Beschreibung und die Zeichnungen oder Figuren unterstützen und beschreiben die vorliegenden Lehren, doch wird der Umfang der vorliegenden Lehren einzig und allein durch die Ansprüche definiert. Während ein paar der besten Arten und Weisen und weitere Ausführungsformen der vorliegenden Lehren ausführlich beschrieben wurden, gibt es verschiedene alternative Konstruktionen und Ausführungsformen zur Umsetzung der vorliegenden Lehren in den angehängten Ansprüchen.
